2017-2018学年高中物理 第五章 曲线运动 7 生活中的圆周运动教学案 新人教版必修2

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1、7 生活中的圆周运动[学习目标]1.巩固向心力和向心加速度的知识.2.会在具体问题中分析向心力的来源.3.会用牛顿第二定律解决生活中较简单的圆周运动问题.一、铁路的弯道1.运动特点:火车在弯道上运动时可看做圆周运动,因而具有向心加速度,由于其质量巨大,需要很大的向心力.2.轨道设计:转弯处外轨略高(选填“高”或“低”)于内轨,火车转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向是斜向弯道内侧,它与重力的合力指向圆心.若火车以规定的速度行驶,转弯时所需的向心力几乎完全由支持力和重力的合力来提供.二、拱形桥汽车过凸形桥汽车过凹

2、形桥受力分析向心力Fn=mg-FN=mFn=FN-mg=m对桥的压力FN′=mg-mFN′=mg+m结论汽车对桥的压力小于汽车的重力,而且汽车速度越大,对桥的压力越小汽车对桥的压力大于汽车的重力,而且汽车速度越大,对桥的压力越大三、航天器中的失重现象1.向心力分析:宇航员受到的地球引力与座舱对他的支持力的合力为他提供向心力,mg-FN=m,所以FN=mg-m.2.完全失重状态:当v=时,座舱对宇航员的支持力FN=0,宇航员处于完全失重状态.四、离心运动1.定义:做圆周运动的物体沿切线飞出或做逐渐远离圆心的运动

3、.2.原因:向心力突然消失或合外力不足以提供所需的向心力.3.应用:洗衣机的脱水筒,制作无缝钢管、水泥管道、水泥电线杆等.16[即学即用]1.判断下列说法的正误.(1)铁路的弯道处,内轨高于外轨.(×)(2)汽车行驶至凸形桥顶部时,对桥面的压力等于车重.(×)(3)汽车行驶至凹形桥底部时,对桥面的压力大于车重.(√)(4)绕地球做匀速圆周运动的航天器中的宇航员处于完全失重状态,故不再具有重力.(×)(5)航天器中处于完全失重状态的物体所受合力为零.(×)(6)做离心运动的物体可以沿半径方向运动.(×)2.飞机

4、由俯冲转为拉起的一段轨迹可看成一段圆弧,如图1所示,飞机做俯冲拉起运动时,在最低点附近做半径为r=180m的圆周运动,如果飞行员质量m=70kg,飞机经过最低点P时的速度v=360km/h,则这时飞行员对座椅的压力是________.(g取10m/s2)图1答案 4589N解析 飞机经过最低点时,v=360km/h=100m/s.对飞行员进行受力分析,飞行员在竖直面内共受到重力G和座椅的支持力FN两个力的作用,根据牛顿第二定律得FN-mg=m,所以FN=mg+m=70×10N+70×N≈4589N,由牛顿第三

5、定律得,飞行员对座椅的压力为4589N.一、火车转弯问题[导学探究] 设火车转弯时的运动为匀速圆周运动.(1)如果铁路弯道的内外轨一样高,火车在转弯时的向心力由什么力提供?会导致怎样的后果?(2)实际上在铁路的弯道处外轨略高于内轨,试从向心力的来源分析这样做有怎样的优点.(3)当轨道平面与水平面之间的夹角为α,转弯半径为R时,火车行驶速度多大轨道才不受挤压?(4)当火车行驶速度v>v0=时,轮缘受哪个轨道的压力?当火车行驶速度v

6、力平衡,其向心力由外侧车轮的轮缘挤压外轨,使外轨发生弹性形变,对轮缘产生的弹力来提供(如图甲);由于火车的质量太大,轮缘与外轨间的相互作用力太大,会使铁轨和车轮极易受损.16(2)如果弯道处外轨略高于内轨,火车在转弯时铁轨对火车的支持力FN的方向不再是竖直的,而是斜向弯道的内侧,它与重力G的合力指向圆心,为火车转弯提供一部分向心力(如图乙),从而减轻轮缘与外轨的挤压.(3)火车受力如图丙所示,则Fn=F=mgtanα=,所以v=.(4)当火车行驶速度v>v0=时,重力和支持力的合力提供的向心力不足,此时外侧轨

7、道对轮缘有向里的侧向压力;当火车行驶速度v

8、v0时,外轨道对轮缘有侧压力.(3)当火车行驶速度v

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